[发明专利]一种慢变斜坡故障完好性监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航完好性监测技术，属于卫星导航技术领域，具体涉及一种慢变斜坡故障完好性监测方法。

背景技术

全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）能够为接收机提供全天候导航、定位与授时服务，在军事和民用领域扮演着极其重要的地位。惯性导航系统（Inertial Navigation System, INS），是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量（如无线电导航那样）的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

GNSS/INS深组合导航系统是目前研究的热点，是一种深层次的组合模型，涉及到GNSS接收机内部跟踪环路，数据信息融合的程度更加深入。其本质表现为：利用INS导航解算信息和卫星星历，计算得到载体至卫星视线方向的多普勒频移，并实时反馈至GNSS接收机跟踪环路，使GNSS接收机对动态应力不敏感；同时利用组合导航滤波器输出信息修正INS，使GNSS接收机跟踪环路仅跟踪由INS解算误差、GNSS接收机晶振、外部噪声等导致的多普勒频移误差，有效提高GNSS信号跟踪性能。当GNSS信号受干扰或遮挡时，INS导航解算信息可以实现无缝导航，同时可以预测载体的动态信息，对GNSS信号的多普勒频移和相位偏移进行连续估计，提高GNSS信号重新捕获能力。

然而GNSS/INS组合导航系统中，由于惯导器件中陀螺仪随机游走误差、加速度计随机漂移误差，造成惯导器件的慢变斜坡偏移，通常表现为0.5m/s的量测误差波动，这也是传统组合导航系统完好性监测技术中最难监测到的故障误差源。

对比文件1（一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法，CN201610107491.9）公开了一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法，属于组合导航、故障诊断技术领域。该方法利用运动载体的动力学模型，与搭载的其他导航传感器相结合，实现卫星导航系统的用户端自主完好性监测，并采用多模型滤波框架实现惯性/动力学模型/卫星导航系统信息的融合和状态估计，采用多解分离方法实现卫星故障的检测与隔离。

对比文件2（一种实时在线评估导航系统精确度和完好性的方法，CN201410307317.X）公开了一种实时在线评估导航系统精确度和完好性的方法，该方法针对导航系统信息融合的特点，基于协方差矩阵的多维高斯概率分布特性和包容半径阈值的瑞利概率分布特性，通过概率转换，能够实现对导航系统实际导航精确度和完好性的实时在线估计。该方法充分利用组合导航的滤波信息，大大提升了运算速度，满足导航系统性能监视的实时性需求，并确保足够的置信度。

上述对比文件1中采用多解分离方法，即传统MSS算法进行故障卫星检测与隔离，但MSS算法针对阶跃故障具有较好的检测识别性能，但对于本发明所提的慢变斜坡故障，检测效果较差；对比文件2采用组合导航滤波信息及导航系统信息融合进行完好性监测，同样对于慢变斜坡故障检测效果较差，只能针对伪距量测值的突变即阶跃故障进行较好的检测，而无法及时检测出组合导航系统中的慢变斜坡故障。因此，设计出一种能够高效检测与识别出组合导航系统中的慢变斜坡故障完好性监测技术，成为了卫星导航领域新的技术需求。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种慢变斜坡故障完好性监测方法。该方法借助于组合导航卡尔曼滤波多步外推估计量，构建外推型检测统计量，并与虚警率下的理论检测门限值比较，能够有效进行慢变斜坡故障完好性检测，性能远优于传统完好性监测算法。

（二）技术方案

本发明提出了一种慢变斜坡故障完好性监测方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1：组合导航接收机将GNSS信号进行下变频、滤波放大、自动增益控制、捕获跟踪、子帧同步处理；

步骤S2：提取出GNSS导航电文，并计算出卫星空间位置和速度信息；